蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法研究.pdf

1、蒸汽發(fā)生器(Steam Generator, SG)是核動(dòng)力裝置中重要的換熱設(shè)備，其水位的高低直接影響核動(dòng)力裝置的安全可靠運(yùn)行。蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)擁有大量的傳感器與執(zhí)行器，在長期的運(yùn)行過程中，由于疲勞和內(nèi)外條件的變化，運(yùn)行設(shè)備不可避免地會(huì)發(fā)生故障。目前，核動(dòng)力裝置大多采用硬件冗余的方法對設(shè)備進(jìn)行容錯(cuò)處理，這種方法不僅需要大量的資金投入，而且在設(shè)計(jì)和建造階段也會(huì)帶來安全性與可靠性方面的問題。然而，容錯(cuò)控制技術(shù)的發(fā)展在很大程度上改善了硬

2、件冗余所帶來的缺陷，因此，研究蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法對提高核動(dòng)力裝置的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文以核電廠蒸汽發(fā)生器為研究對象，在不同工況下，針對水位傳感器各類故障情況，對蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)的故障診斷和容錯(cuò)控制技術(shù)進(jìn)行研究，并開發(fā)相應(yīng)的圖形用戶界面（Graphical User Interface，GUI）。
　　首先，對蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行原理進(jìn)行了研究，利用E.Irving提出的分段線

3、性數(shù)學(xué)模型建立了蒸汽發(fā)生器的水位模型。對蒸汽發(fā)生器的水位特性進(jìn)行了研究，建立了經(jīng)典的三沖量水位控制系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了蒸汽發(fā)生器水位的有效控制。
　　其次，對傳感器的故障模式進(jìn)行了分析，研究了蒸汽發(fā)生器水位傳感器各類故障下的水位響應(yīng)特性。在此基礎(chǔ)上，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了水位傳感器的故障診斷系統(tǒng)。文中采用仿真模型的故障數(shù)據(jù)對多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，并對各神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出進(jìn)行整合與處理，最終實(shí)現(xiàn)了蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)的狀態(tài)檢測與故障診斷。

4、r>　　最后，研究了基于狀態(tài)反饋控制器的容錯(cuò)設(shè)計(jì)方法，并利用此方法推導(dǎo)得出了串級(jí)控制系統(tǒng)的控制律重構(gòu)方法。根據(jù)故障特征的不同，利用串級(jí)控制系統(tǒng)控制律重構(gòu)方法和主動(dòng)補(bǔ)償容錯(cuò)控制方法建立了蒸汽發(fā)生器水位容錯(cuò)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不需要對象的數(shù)學(xué)模型，解決了傳統(tǒng)的基于觀測器或者濾波器的方法過于依賴模型的瓶頸，在其他非線性系統(tǒng)中具有普遍的適用性。且故障后系統(tǒng)的性能幾乎不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。同時(shí)，開發(fā)了友好、簡潔的人機(jī)界面，該界面能夠?qū)θ蒎e(cuò)控